CAPACIDAD DE CARGA DE SUELO

CAPÍTULO I:

GENERALIDADES SOBRE CAPACIDAD DE CARGA

CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO

Se denominada como capacidad de carga admisible de una cimentación aquella carga que al ser aplicada no provoque falla o daños en la estructura soportada, con la aplicación de un factor de seguridad. La capacidad de carga no solo está en función de las características del suelo sino que depende del tipo de cimentación y del factor de seguridad adoptado. Una forma de analizar la capacidad de carga es por medio del modelo mecánico de Khristianovich. Se tiene una balanza ordinaria, cuyo movimiento está limitado por la fricción en las guías de los platillos, si se coloca un peso lo suficientemente pequeño en uno de los platillos, la balanza permanece en equilibrio debido a que la fricción de las guías lo contrarresta, si se coloca un peso mayor que la fricción de las guías, se requiere entonces de un segundo peso en el otro platillo. Cuando la balanza pierde equilibrio por el incremento de peso en uno de los platillos por muy pequeño que sea, se conoce como equilibrio crítico de la balanza. La capacidad de las cimentaciones puede ejemplificarse siguiendo con el modelo de la balanza.

En el platillo derecho se tiene un peso P y se quiere determinar el valor de Q a colocar en el platillo izquierdo para que la balanza se encuentre en equilibrio crítico, existen dos soluciones posibles para esta situación, según se muestran en las figuras 1 y 2.

Se tiene una balanza ordinaria, cuyo movimiento está limitado por la fricción en las guías de los platillos, si se coloca un peso lo suficientemente pequeño en uno de los platillos, la balanza permanece en equilibrio debido a que la fricción de las guías lo contrarresta, si se coloca un peso mayor que la fricción de las guías, se requiere entonces de un segundo peso en el otro platillo. Cuando la balanza pierde equilibrio por el incremento de peso en uno de los platillos por muy pequeño que sea, se conoce como equilibrio crítico de la balanza. La capacidad de las cimentaciones puede ejemplificarse siguiendo con el modelo de la balanza.

Fig. 1 Modelo de Khristianovich, Q < P

Fuente: Juárez Badillo, Eulalio; Mecánica de Suelos, Tomo 2: Teoría y Aplicaciones de la Mecánica de Suelos, p. 344

Fig. 2 Modelo de Khristianovich, Q > P

Fuente: Juárez Badillo, Eulalio; Mecánica de Suelos, , Tomo 2: Teoría y Aplicaciones de la Mecánica de Suelos, p. 344

Ahora se lleva a cabo el mismo análisis para una cimentación (figura 3). Se tiene una cimentación de ancho B a una profundidad Df, que se supone continua.

En el caso de la cimentación debe encontrarse la carga q, la última que puede colocarse en el cimiento sin que se desestabilice el conjunto, sustituyendo el cimiento y colocándolo en uno de los platillos del modelo de análisis, el terreno natural estaría sobre el otro. Puede verse que la presión q que puede colocarse en el platillo del cimiento es mayor que la carga del otro platillo (p=γ*Df). Esto se debe a que la resistencia del suelo equivalente a la fricción en las guías está trabajando a favor de q, lo que corresponde al caso en el que Q > P.

Fig. 3 Modelo de Khristianovich aplicado a una cimentación

Fuente: Juárez Badillo, Eulalio; Mecánica de Suelos, , Tomo 2: Teoría y Aplicaciones de la Mecánica de Suelos, p. 345

También se tiene el caso de una excavación, que corresponde a Q < P, q se toma como nulo, pero conforme se hace más profunda la excavación estaría bajando el nivel de la balanza teniendo como resultado el aumento de la presión p.

Si la profundidad sigue aumentando, existe entonces la profundidad crítica, lo que indica que al tratar de profundizar más, el fondo de dicha excavación se levantará como el platillo de la balanza, este fenómeno es conocido como falla de fondo. Si una carga es aplicada en un área limitada ubicada en la superficie del suelo o debajo de ella, el área cargada cede y si la carga se aumenta de forma continua, los asentamientos que se grafican en el eje vertical en un sistema de coordenadas dan lugar a la llamada curva de asentamientos. Un suelo resistente equivale a guías con mucha fricción y viceversa.

1.2 TIPOS DE FALLAS

Las fallas por capacidad de carga se presentan debido a la rotura por corte del suelo bajo la cimentación, existen tres tipos de falla: falla por corte general, falla por punzonamiento y falla por corte local.

1.2.1 Falla por Corte General

Se tiene una cimentación corrida con un ancho B la cual es soportada por un suelo denso o cohesivo firme, si la carga que soporta dicho suelo es incrementada de forma gradual, habrá un aumento en el asentamiento llegando al punto en el cual la carga por unidad de área es igual a la capacidad de carga última, ocurrirá entonces una falla repentina en el suelo, esta es llamada falla por corte general. Se presenta en arenas densas y arcillas rígidas.

Su principal característica es una superficie de falla continua que comienza en el borde de la cimentación y llega a la superficie del terreno, es una falla frágil y súbita, llegando al punto de ser catastrófica, y si la estructura no permite la rotación de las zapatas, puede ocurrir con cierta inclinación visible de la cimentación, lo que provoca hinchamiento del suelo a los lados, el colapso final se presenta en un solo lado.

Fig. 4 Falla por Corte General

Fuente: Das, M. B., Principios de Ingeniería de Cimentaciones, p. 153

1.2.2 Falla por Punzonamiento

Ocurre en suelos bastante sueltos, la zona de falla no se extiende como en el corte general. La cimentación provoca la compresión inmediata del suelo en un movimiento vertical, el suelo presenta falla por corte alrededor de la cimentación y los movimientos del suelo junto con la cimentación no son muy visibles por lo que el equilibrio vertical y horizontal de la misma se mantiene.

Fig. 5 Falla por Punzonamiento

Fuente: Das, M. B., Principios de Ingeniería de Cimentaciones, p. 153

1.2.3 Falla por Corte Local

Si la cimentación se encuentra sobre suelo arenoso o arcilloso con compactación media, al aumentar la carga, también ocurre un incremento en el asentamiento, pero la superficie de falla se extiende de forma gradual hasta la superficie o en algunos casos cuando el desplazamiento vertical es grande (la mitad del lado o diámetro de la zapata) termina dentro de la propia masa de suelo y no en el terreno.

Cuando la carga por unidad de área es igual a qu(1), conocida como carga primera de falla,

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